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56
1 マグネシウム産業の現状と課題 非鉄金属課

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1

マグネシウム産業の現状と課題

非鉄金属課

2

目次

(1)マグネシウムの概要・特性

・Mg材・製品の製造工程

・Mgの特性-軽量金属との比較-

(2)Mgの市場

・マテリアルフロー

・Mg地金生産能力、生産量の推移

・主要国のMg地金生産量

・市況価格の推移

(3)需要動向

・主要国需要量 -国別、国内用途別

・Mg需要分布の内外比較

(4)貿易動向

・原材料調達状況-輸入先、材料別

(5)企業構造

・鋳造・圧延・押出しメーカーの状況

・Mg鋳造産業(ダイカスト、チクソモールド)の状況

・国内メーカーの海外展開

(6)技術動向

・Mg材料に対する特性改善ニーズ

・Mg合金の短所-耐食性、耐熱性等-

・学会発表動向、特許出願動向

・内外の公的資金でのMg技術検討状況

(7)マグネシウムの自動車への適用

・燃費規制

・内外自動車メーカーの自動車へのMg適用状況

(8)リサイクルの動向

・国内リサイクルの状況

・マグネシウムリサイクルの必要性と課題

(9)マグネシウムのロードマップ

まとめ

3

(1)マグネシウムの概要・特性

マグネシウム材・製品製造工程

・地金製造法は熱還元法(ピジョン法)と電解法がある。

・中国は設備コストが安く、低労賃コストが有利な熱還元法、他国は電解

法を実施中。また、スクラップ再生が製造エネルギー低減。

ドロマイトカーナライト等

(原料としてかん水を使用するプロセス有り)

(圧延、プレス、押出)

Mg合金の製造工程

(含塗装除去)

製品加工

ダイキャスト(ホットチャンバー、

コールドチャンバー)

電解法

熱還元(Pidgeon)法

鉱物

射出成型(チクソモールド)

チップ

Pidgeon法地金の方が高純度

地金 溶解精錬、

合金添加

鋳造 加工

(鍛造、圧延、押出)

溶解 再生地金

製品

スクラップ 洗浄

電解法:MgCl2溶融塩電解

熱還元法:ドロマイトを酸化物として、Fe-Siを

用い、高温真空中で還元。

4

マグネシウムの特性-軽量金属との物性値等比較-

・樹脂と比べ、比強度、比剛性、熱伝導性に優れる。

・Alに比べ、軽量で比強度が優れる。

5.46.78531040.21601.23PC

2.0

25.6

26.3

25.1

24.7

比剛性

4515115270626151.79AM60

1132261510007.516004.42Ti-6Al-4V

Ti合金

ABS

A380

AZ91

0.2

100

72

熱伝導度

(W/Mk)

40

3

8

伸び

(%)

2.1

71

45

ヤング率

(GPa)

3435901.03樹脂

1173155952.70Al合金

(ダイカスト)

1542805961.82Mg

合金

(チクソ)

比強度引張強度

(MPa)

融点

(℃)

密度(g/cm3)

材料

出典:日本製鋼所HP

5

Mgのメリットと用途

リサイクルのエネルギーが小さい

振動エネルギーを吸収

樹脂のメッキ品よりシールド性が良好

樹脂より熱伝導・放熱性に優れる。熱に弱いICを、守る

樹脂より比強度、比剛性が大きく、薄肉化できる

Alの2/3、鉄の1/4と軽い

特徴

ステアリング芯金、ピックアップ、ファン

振動吸収性

ハウジング、筐体熱伝導性・放熱性

自動車部品、ポータブル機器

軽量

自動車機器、OA、AVリサイクル性

携帯電話、ノートPC

筐体

電磁波シールド性

携帯電話、ノートPC

筐体、カバー類

強度・剛性・薄肉化

用途Mgのメリット

出典:富士経済「2002年度版マグネシウム合金市場調査」

6

(2)マグネシウムの市場

日本のMgのマテリアルフロー(リサイクル循環を含む)

<原料> <加工> <成形> <用途>

日本のマグネシウム産業構造

鉱山業

製錬業

合金製造

二次製錬業

粉末製造業

プレス加工

表面処理 接合加工 切削加工

• 自動車 • 電子・電気 • 電動工具 • レジャ

• アルミ • チタン • 化学 • 鉄鋼

圧延業板

押出

ダイカスト製造業

射出成形製造業

鋳物製造業

鍛造、線材製造業

[リサイクル]

[添加材]

講造材

添加還元材

輸入

輸入

輸入 40

12

単位:千トン

[脱硫剤]

2

17

0.5

0.5

構造材

8

12

40

8

輸入

出典:シーエムシー出版「Mg合金の成形加工技術」

7

世界のマグネシウム精錬工場

・中国のマグネシウム精錬能力は全世界の約70%。熱還元法。

(2004版)

国名 会社名 所在地 製錬方法 使用原料 製錬能力

米国 US Magnesium Rowly 新電解法 塩水 38,000

ブラジル Brasmag Bocaiuva 熱還元法 ドロマイト 12,000

カナダ Norsk Hydro Canada Becancour 電解法 マグネサイト 45,000

Timminco. Haley Station 熱還元法 ドロマイト 7,000

イスラエル Dead Sea Magnesium Sdom 電解法 塩水 2,500

中国 太田市金属有限公司 太原市 熱還元法 ドロマイト 30,000

山西聞喜有限公司 山西聞喜県 熱還元法 ドロマイト 50,000

山西稷山有限公司 稷山県 熱還元法 ドロマイト 20,000

その他 熱還元法 ドロマイト 500,000

インド Hyderabad等 電解法 海水 1,500

ロシア Solikamsk Solikamsk 電解法 カーナライト 20,000

Avisma Berezniki 電解法 35,000

カザフスタン Kamenogorsk Kamenogorsk 電解法 45,000

ウクライナ Kalush 電解法 18,000

Zaporozhye 電解法 23,000

セルビア Bela Stema Magnetherm法 ドロマイト 5,000

合計 合計 852,000

出典:日本マグネシウム協会

8

中国の省別Mg生産量(トン)

中国の地域別生産量

・山西省がMg生産の中心。毎年生産が拡大中。

出典:日本マグネシウム協会

中国のMg精錬所91千トン125千トン22粒・粉工場

136千トン189千トン37合金工場

454千トン600千トン93精錬工場

生産量能力工場数業種

中国全土のMg工場能力(2004)

年 地域 企業数 生産能力 生産量生産量構成

比%

山西省 71 461,400 284,702 80.2

寧夏省 10 65,000 40,184 11.3

2003 吉林省 1 15,000 9,000 2.5

河南省 6 14,600 8,260 2.3

陝西省 5 26,000 7,000 2.0

その他 18,000 5,700 1.6

合計 600,000 354,846 100.0

2004 合計 450,000

9

世界の新Mg地金生産量推移

・世界の生産量は2004年で62万トン。 10年前に比べ約2倍と増加。

・西側諸国の生産量は減少し、東側(ロシア、カザフスタン、中国)の生産増加。

・特に中国の生産量増加が顕著(10年前の30倍:1.3万トン→45万トン)。

(国内、欧米メーカー進出)

0

100

200

300

400

500

600

700

1994 1995 1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

Mg生

産量

(千

トン

西側諸国

東側諸国

全世界

出典:Metal Statics

10

主要国の新Mg地金生産量の推移

主要国のMg生産量推移(1992までのロシア表示分はソビエト連邦(ロシア+カザフ)

0

100

200

300

400

500

1985 1990 1995 2000

年度

数量

(千トン

)

中国

ロシア

カザフスタン

米国

カナダ

Japan

ノルウェー

フランス

出典:Metal Statics

・2000年以降、米国・ロシアの生産は著しく縮小。

・1999年以降、中国の台頭が著しく、2003年は世界の3/4を生産し

中国へのMg生産の寡占化進展。

11

中国のマグネシウム消費と輸出量

・中国ではMg地金生産を急速に拡大しており、自国消費より、輸出増大に

まわしている。(消費増は3万トン/2年だが、輸出増加量は16万トン/2年)

・中国のMg消費は拡大中で、鉄鋼脱硫、アルミ合金、鋳物ダイカスト向が増加。

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

80000

1999 2000 2001 2002 2003 2004

Mg

消費

量(ト

ン)

アルミ合金

鋳物・ダイカスト

金属精錬

鉄鋼脱硫

その他

合計

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

2002 2003 2004

製品

別輸

出量

(トン

その他

展伸材

スクラップ

粒・粉末

合金地金

純Mg地金

Mg消費量の推移 Mg輸出量の推移

出典:日本マグネシウム協会

12

国内地金の市況価格推移

Mg地金の国内価格推移

0

100

200

300

400

500

600

700

800

1985 1990 1995 2000 2005

年度

円/

kg

・地金の国内価格は1986年以降大幅に下落し、200円/kgとなった。

・下落要因は大きく分けて円高と、中国生産品の大量流入による国際

流通価格の下落の影響。

・中国以外のマグネシウム価格は中国製より約30%高い。

254

253

289

253

226

177

2002

308265Mg合金

268247Mg合金

258222Mg合金

267

203

2004

-純Mgノルウェー

244純Mgカナダ

181純Mg中国

2003材質相手国

国別のMg地金輸入価格(円/kg)

出典:工業レアメタル

13

中国のマグネシウム地金コスト

(2000年)山西省 寧夏省 河南省

フェロシリコン 4050元/トン 3850元/トン 4150元/トンドロマイト 65元/トン 110元/トン 130元/トン石炭 90元/トン 125元/トン 120元/トン電気 0.3元/KWH 0.25元/KWH 0.4元/KWH労務費 750元/人月 650元/人月 900元/人月

地区別原料価格

・中国の地域で、原料価格、労務費等が異なる。労務費は1万円/月程度。

・Mgが最も製造される山西省でのMg地金コストは約178円/kgで現状の

市況ではあまり利益なし。

山 西 省 で の Mg地 金 製 造 原 価    (2000年 )原 単 位 単 価 金 額  元 / トン

フェロ シ リコン 1.15トン 4100元 4,715レトル ト 0.47本 3000元 1,410労 務 費 350人 800元 / 人 月 1,350石 炭 11トン 100元 1,100ドロ マ イト 11トン 60元 660電 力 費 2000KWH 0.3元 600そ の 他 修 理 費 、工 具 費 、金 利 、税 金 等 4,000合 計 13,835

13,835÷1.13(輸出税の戻り)×14.5円/元=17.8万円/トン=178円/kg

出典:日本マグネシウム協会

14

現状のMg圧延板の販売価格

・マグネシウム圧延板価格はアルミニウムと比べ、原材料価格はあまり

差はないにもかかわらず、非常に割高。圧延コストが高い。

各種軽金属の価格比較(円/kg)

Ti合金 5000

3500

800

6000

圧延板

Tiスポンジ

1000

純Ti板

Al地金

230

Al合金板

Mg合金地金260

Mg合金板

原材料材料

圧延板用途例

PC筐体、カメラ、ミニディスクプレーヤー、携帯部材

出典:工業レアメタル、メーカーヒアリング

15

(3)需要動向

主要国需要量(消費量)

・世界的に需要量(消費量)は増加の傾向があり、最近5年では中国の増加

が著しい。(2003年の世界消費量は43.5万トン)

・日本の需要増加は中国に比べ大きくはない(図は再生地金分含まず)。

・ ロシア、アメリカの需要は最近10年で減少。

主要国のMg消費量推移

0

50

100

150

200

250

300

350

400

1985 1990 1995 2000

年度

数量

(千トン

)

中国

ロシア

オーストラリア

オーストリア

米国

カナダ

ブラジル

日本

ノルウェー

イタリア

英国

フランス

ドイツ

出典:Metal Statics

16

国内用途別需要の推移

国内用途別需要量の推移(マグネシウム協会統計資料)

0

5000

10000

15000

20000

25000

30000

35000

40000

45000

1985 1990 1995 2000

年度

数量

(ton)

輸出

粉末その他

チタン精錬用

ノジュラー鋳鉄用

鉄鋼脱硫用

アルミ添加用

その他合金

射出成型

鋳物

ダイカスト

・国内需要量は約4.3万トン(2004)で増加中。総需要量は1995年比較で50%

増(約1.5万トン増加)。増加の大部分は鋳造品としての構造用用途の拡大。・構造用に使用されるMg量は射出成型およびダイカスト向に約1.1万トン。

・圧延(その他合金)用に約1000トンの需要となった。

17

アルミ添加用の需要とMg鋳造用地金需要の推移

・アルミ添加用は約2万トンで横ばい傾向。

・鋳造用地金需要は2000年から急激に増大したが、直近はやや需要は停滞。

ダイカスト用が80%を占める。需要増大は携帯電話、ノートパソコン向に需要

が拡大したため。

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

地金

需要

(トン

射出成型(ton)

鋳物(ton)

ダイカスト(ton)

0

5000

10000

15000

20000

25000

1 2 3 4 5 6 7 8 9

アル

ミ添

加用

需要

(ト

ン)

1996 1997 1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

アルミ添加用鋳造用

出典:日本マグネシウム協会

18

ダイカストの金属材料別国内生産比率

アルミニウム

Zn

Mg等

・Mgダイカスト品の生産量はAlと比較して、

現状、1/100の規模で少ない。

重量%:Alは約100万トン

4万トンMg

400万トンAl

需要量比較

出典:経済産業省金属製品統計(2002)

19

Mgの需要分布の内外の比較

・世界のダイカスト及び鋳造の全需要比率は38%に対し、国内の比率は

28%で、国内のダイカスト向のMg需要はさらに拡大の余地あり。世界

ダイカストの需要は自動車向が主体。

ダイカスト

射出成型

展伸材

アルミ添加用

鉄鋼脱硫

ノジュラー鋳鉄

チタン精錬

粉末その他

出典:日本及び国際マグネシウム協会

ダイカスト

アルミ添加用

2003国内需要分布

ダイカスト

アルミ添加用

2003世界需要分布

42000トン 387000トン

20

(4)貿易動向

中国のMg材料製品輸出入推移

・Mgの中国国内生産材はほとんどが輸出向け。生産量増大分を輸出。

・中国国内消費は約15%のため、今後国内消費を増加させる政策を実施。

出典:日本マグネシウム協会

0

50000

100000

150000

200000

250000

300000

350000

400000

450000

500000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

生産

・消

費・輸

出(ト

ン)

生産

国内消費

輸出

21

原材料輸入調達国別の調達量-1

地金輸入先

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

70000

1998 2000 2002 2004

年度

数量

(トン

)

アメリカ

カナダ

ロシア

ドイツ

イギリス

ノルウェー

イスラエル

台湾

中国

出典:工業レアメタル

0

10000

20000

30000

40000

50000

60000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

年度

数量

(ト

ン) Mg合金

地金

クズ

粉末

・輸入量は年々増加し、2004年の輸入量は2000年の1.14倍で、約5.2万トン。

・輸入品目の中では地金が最も多く、Mg合金、粉末と続く。

・地金の主要輸入先は、近年中国に偏重。次いでカナダ、ノルウェー。

輸入原料内訳

22

原材料調達国別の調達量-2

合金輸入先

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1998 1999 2000 2001 2002 2003 2004

年度

数量

(トン)

アメリカ

カ ナダ

ロ シア

ドイ ツ

フラ ン ス

ノルウェ ー

イ スラ エル

フィリピ ン

台湾

中国

粉末輸入先

0

2000

4000

6000

8000

10000

12000

14000

1998 2000 2002 2004

年度

数量

(トン

)

米国

オーストリア

ロ シア

ドイ ツ

中国

韓国

・合金輸入量は1998以降増加傾向。2000年の主要輸入先は中国、ノルウェー

だが、2004年では中国が大部分に変化。

・粉末は年々増加。2004年の輸入量は2000年の2.5倍に増加。主要輸入先

は、2004年では中国が大部分。

出典:工業レアメタル

23

(5)企業構造

国内マグネシウム加工企業数と主要所在地

関西・九州 2

東北 6

関東 15

東海 7

信越東北 2

近畿 1

中国 4

九州 2

東北 2

関東 13

東海 6

信越東北 2

近畿 2

中国 5

九州 2

チクソモールド

ダイカスト

・ダイカスト、チクソモールド加工メーカーが

国内で多数稼働中。

・圧延・押出メーカーに比べ、会社数が非常に

多く、主に関東・東海地区に所在。

・圧延・押出のメーカーが少ないのは技術及び

需要がないためと考えられる。

・2001年と2005年のMg加工メーカー数はわずか

に減少。チクソ成形企業の入れ替わりが激しい。

2001生産企業の廃業数 ダイカスト 4社

チクソ 11社

・生産量は10%/年の成長があるので、一社当た

りの生産量が増加し、集約化が進んでいる。

2001年 2005年 所在地 数

圧延 8社 関東 6

関西 2

関東・北陸押出、型 2社 2

42社 38社

34社 32社

出典:アルトピア等

24

Mg鋳造産業(ダイカスト・チクソモールド)の状況

Mg鋳造品シェア(重量別)

・Mg鋳造品の生産重量の50~60%は自動車向に生産されている。

各種筐体チクソモールド3.2M社

各種筐体チクソモールド3.2L社

パソコン筐体チクソモールド3.8K社

自動車部品、家電部品ダイカスト4.3J社

自動車部品ダイカスト5.3I社

自動車部品ダイカスト6.1H社

ハンドルダイカスト6.5G社

OA部品、カメラ部品ダイカスト6.8F社

ハンドルダイカスト7.0E社

自動車部品、筐体ダイカスト7.0D社

自動車部品(ハンドル等)ダイカスト10.4C社

携帯電話筐体、カメラ部品ダイカスト12.2B社

自動車部品ダイカスト12.4A社

製品成形法シェア(%)メーカー

出典:日本マグネシウム協会、アルトピア(2005.9)

25

Mg成形品市場規模(金額)

・Mg成形市場はほとんどが鋳造品(ダイカスト、チクソ)であり、鍛造市場は

極めて小さい。2000年度でMg部品の売上規模は530億円である。

・内訳は携帯電話とノートパソコンの筐体が約50%を占め、ダイカスト製品

が大部分である。 自動車関連は金額的にはまだ少ない。

0

100

200

300

400500

600

700

800

900

1998 1999 2000 2001 2002

年度

市場

規模

(億円

鍛造

チクソモールディング

ダイカスト 携帯電話

筐体

ノートパソコン

その他

自動車・二輪部品

ビデオカメラ筐体

Mg成形品市場規模内訳

推定

530億円

2000年 2002年

ノートパソコン

携帯電話

筐体その他

ビデオカメラ筐体

自動車・二輪部品

出典:矢野経済研究所「Mg成形市場の調査結果」

26

Mg成形市場(金額)のメーカー別シェア

・携帯電話筐体の生産企業が金額売上シェアトップである

30.6その他

各種筐体チクソモールド3.8天馬

ステアリング芯金等ダイカスト3.8東海理化

各種筐体チクソモールド4コルコート*

各種筐体チクソモールド4.3ヤマハファインテック

OA部品、AV部品ダイカスト4.6山崎ダイカスト

各種筐体チクソモールド4.9タカタ・フィジックス*

自動車部品ダイカスト7.2メッツ

自動車部品、各種筐体ダイカスト7.4TOSEI

OA部品、カメラ部品ダイカスト9.5三井金属鉱業

携帯電話筐体、OA部品ダイカスト19.9筑波ダイカスト

製品成形法シェア(%)メーカー

*2005/9現在生産せず 出典:矢野経済研究所「Mg成形市場の調査結果(2001)

アルトピア

27

Mgの鋳造メーカーと設備・製品

・ダイカストマシン能力300~600トン(東芝、宇部製)の装置での製造が多い。

・チクソマシン能力250トンレベルの装置での筐体製造が多い。

チクソマシン 75~850t 17台 各種筐体エムジープレシジョン

チクソマシン 75~450t 12台 各種筐体ヤマハファインテック

チクソマシン(日本製鋼所)220~850t 3台 自動車部品トヨタ紡織

チクソマシン 220~650t 10台 パソコン筐体天馬チクソモールド

ダイカストマシン 50~800t、真空ダイカスト装置ジャノメダイカスト

ダイカストマシン 30~800t 19台 自動車部品、OA部品リョービ

ダイカストマシン150~600t 4台 各種筐体、自動車部品TOSEI

ダイカストマシン15~150t 16台 ピックアップ山崎ダイカスト

ダイカストマシン 150~500t 11台 自動車部品東海理化

ダイカストマシン50~1000トン 15台 OA、AV、カメラ部品三井金属鉱業

ダイカストマシン350~1800t、最大1mシートバックフレーム、ステアリングハンガービーム、インナードアーパネル等

旭テック

ダイカストマシン100~650トン 34台携帯電話筐体、ノートパソコン・カメラ筐体

筑波ダイカスト工業ダイカスト

設備・製品会社名製造分野

出典:アルトピア(2005/9)

28

内外のMgの圧延・押出メーカーの状況

Mg展伸材を温間加工、双ロール直接圧延等の特殊技術で量産または試作中

押出機 [試作中]九州不二サッシ㈱

1650t、1800t押出プレス(MAX170幅)ケーエステクノス㈱

6000t押出機(MAX300幅)三協アルミニウム工業㈱

2500t押出プレス三菱アルミニウム㈱押出し

溶湯直接圧延、温間異周速圧延機 [試作中]三菱アルミニウム㈱

特殊連続温間圧延機三菱製鋼㈱

温間圧延機(MAX120幅) [試作中]東洋鋼鈑㈱

双ロール鋳造・温間圧延機(MAX450幅) [試作中]権田金属工業㈱

クロス圧延機(MAX200幅)日本クロス圧延㈱

可逆式4段温間圧延機(MAX900) [試作中]㈱住友金属直江津

可逆式4段温間圧延機(コイル幅330)日本金属㈱

可逆式4段温間圧延機(MAX160幅)2段温間圧延機(MAX250幅)

大阪富士工業㈱圧延

設備・製品会社名製造分野[国内]

出典:日本マグネシウム協会資料

29

海外ではMgの圧延は量産しているメーカーはあるが、日本と同様に試作中も多い。設備は双ロール溶湯直接圧延機が見られる。

出典:日本マグネシウム協会資料

双ロール直接圧延機(MAX600幅) POSCO韓国

500~4,200tOtto Fuchsドイツ

大型・小型押出機Magnesium Elektron Ltd.英国

1800t、8inビレット4,200t 21inビレットTimminco Limitedカナダ押出し

双ロール直接圧延機(MAX600幅)[試作中]

CSIROオーストラリア

双ロール直接圧延機(MAX700幅)[試作中]

Magnesium FlachprodukteGmbH

可逆式圧延機 [試作中]板幅MAX1,850

SalzgitterMagnesium-Technologie GmbH

ドイツ

鋳造・溶解・圧延設備一式Magnesium Elektron Ltd.英国

鋳造・溶解・圧延設備一式薄板・厚板MAX1,830

Magnesium ElektronNorth America Inc.

米国圧延

設備・製品会社名国名製造分野[海外]

30

国内メーカーの海外事業所(中国展開企業)

地金事業を中心に進出5社、加工事業に進出1社。

他に自動車関連の加工メーカーも多数海外展開している。

中国に展開している企業業種 企業 拠点 規模、内容

日本金属(株) 銀川 生産能力 13000トン/年

住金鉱業(株) 焦作市 生産能力 3000トン/年

ニチメン(株) 山西省 生産能力 18000トン/年

大阪特殊合金(株)豊田通商(株)

南京市     -

地金及び圧延材 阪和興業(株) 山西省 生産能力 30000トン/年

ダイカスト用金型およびダイカスト製品

リョービ(株)遼寧省大連経済技術開発区

資本金13億2,000万円売上予定/'08:5億円

地金製造

出典:日本マグネシウム協会、日本金属HPおよびweb

31

(6)技術動向

Mg材料に対する特性改善ニーズ

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

加工

性・成

形性

耐熱

性耐

食性

鋳造

技術

、鋳

造性

高強

度薄

板化

技術

表面

耐食

処理

技術

リサ

イク

ル技

術難

燃性

成形

技術

溶接

技術

、溶

接性

腐食

試験

法標

準化

表面

耐摩

耗性

高剛

ロー

タス

Mg合

金電

子部

品極

細長

繊維

比率

(%

)・成形性、耐熱性、耐食性、鋳造性の改善及びリサイクル技術

確立へのニーズが高い

回答数45

出典:NEDO平成16年度報告書「金属系材料に係わる技術開発課題に関する調査」

32

マグネシウムの腐食速度に及ぼす不純物の影響

・Fe、Ni、Cuは微量でMgの腐食に大きく影響を及ぼす。

・ダイカスト用Mg合金(AZ91D)はFe、Ni、Cuは少なく制御されて耐食性

は改善されている。

出典:Mg合金の成形加工

技術の最前線

Bal.

Mg

0.002

Cu

0.82

Zn

0.0400.0030.0010.248.43

SiFeNiMnAl

33

Mgの耐熱性・クリープ強度について

0.240.140.055Al、2Sr耐熱Mg合金AJ52

70MPa、200hr

8Si、3Cu

4Al、2RE

9Al、1Zn

組成

70MPa、200hr50MPa、200hr

150℃175℃

0.030.220.04A380Al合金

2.160.180.33耐熱Mg合金AE42

21-破断(80%伸び後)

AZ91DMg合金

圧縮クリープ歪(%)引張クリープ伸び(%)合金名

・一般的に用いられるMgダイカスト合金は耐熱性がAlに劣る。

・耐熱Mg合金が研究開発されており、Al合金レベルに近づいているが

鋳造性低下の問題がある。

出典:NMCニュース第7号

34

Mgの表面処理技術について

・Mgの表面処理については各種の方法があるが、さらに、低コスト

高耐食性、リサイクル性を目的に研究開発されている。

スパッターリング等利用した乾式表面処理

カルバニック陽極酸化処理

Caustic陽極酸化処理

HAE陽極酸化処理

DOW17陽極酸化処理

陽極酸化処理

リン酸/過マンガン酸

浴利用の新化成処理

クロメート処理(RoHs対応で不可)

ノンクロメート処理

化成処理

トリアジンリオール等を利用した有機めっき法

電気めっき

Ni+Znめっき

めっき処理

検討例従来法処理

+1.50金

+0.80銀

+0.15銅

-0.44鉄

-1,63Ti

-1.70Al

-2.36Mg

標準電極電位(V)元素

各種金属の標準電極電位

35

国内の特許出願動向・3年間のMg材料関連出願件数((C22C)は上位20社で113件。

・内容は、Mgの欠点を補うための耐熱性向上の成分特許、製造条件として鋳造

関係、加工方法、耐食性付与特許が多い。

・Mg合金の最近の技術課題は、耐熱性、耐食性、加工性向上である。

大 分 類 中 分 類 件 数

耐 熱 性 ( 耐 ク リ ー プ 性 ) 1 4

加 工 性 4

高 減 衰 能 2

靱 性 1

小 計 2 1

鋳 造 1 5

加 工 条 件 2 7

耐 食 性 付 与 1 2

機 能 性 付 与 4

( 耐 食 性 向 上 、 高 強 度 化 等 ) 3

接 合 1

そ の 他 2

リ サ イ ク ル 1

小 計 6 5

8 6

出 典 : N E D O 平 成 1 6 年 成 果 報 告 書「 金 属 系 材 料 に 係 る 技 術 開 発 課 題 に 関 す る 調 査 」

M g 合 金 特 許 の 国 内 出 願 状 況 ( 2 0 0 2 ~ 2 0 0 4 )

製 造 方 法

成 分

合 計

36

Mg合金のシーズ技術 -特許課題とシーズ技術-

・マグネシウムの抱える弱点に関し、特許技術として解決法が検討されている。

・Mgの成形性を改善する特許が最も多く、ニーズの大きさと一致。

・ゴルフ、自動車部品、スピーカー5部品製造技術

・鋳造方法 ・結晶粒微細化剤 ・B添加・成分適正化11鋳造技術(自動車部品等)

・めっき ・酸化膜(オゾン処理)・表面処理・Mg-Li/Alクラッド・Alクラッド ・Mg/Alクラッド

12耐食技術(筐体、パネルなど)

・Ca、REM添加、鋳造合金 ・Ce+Sn添加、・Al+Ca添加・一方向凝固 ・Ga+他成分 ・成分適正化・鋳造合金成分適正化 ・Ca、REM添加・Ca添加

14耐熱性 耐クリープ性(自動車部材)

・REM+急冷強固+押し出し ・REM+急冷凝固+熱処理・REM+急冷凝固+鋳造技術

3高強度+高靭性、高延性(急冷凝固)

・微細粒+超塑性成形方法3超塑性加工技術

・半溶融条件 ・予備処理条件・射出成形条件4半溶融加工技術

・樹脂皮膜+集合組織 ・微細粒組織 ・急冷凝固・圧延条件、クロス圧延 ・集合組織制御・Li添加+他元素・Li添加+REM・Al+Mn+Ce+La・成分適正化・成形用装置 ・圧延/成形条件

18成形用マグネシウム板・材(筐体、パネルなど)

冷間成形用合金、成形技術

シーズ技術(2002~2004)件数特許技術課題

出典:NEDO平成16年度報告書「金属系材料に係わる技術開発課題に関する調査」

37

各研究機関で検討中の技術課題

Mg関連の研究組織ではMg実用化のための課題を推進中。

技術課題 シーズ技術

・Mg系材料実用化技術 接合技術、表面処理技術、構造解析技術

・高強度、高延性Mg合金板の開発 高強度Mg合金押出技術、耐熱Mg合金材質設計技術

・Mg溶湯燃焼防止技術の開発 SF6ガス代替防燃ガスの開発、SF6ガス等防燃ガスの無使用マグネシウム合金溶解鋳造技術

・難燃Mg合金 Ca添加

・Mg製大型構造部材溶接技術の開発 FSW溶接技術

Mg合金切削屑の大気中熱間押出しで再生、再生材中の酸化物の形状分布を制御

・Mg合金板製造技術 結晶組織異方性を考慮した機械的データベース確立、圧延材の異方性の研究、結晶組織異方性を考慮した製品設計シュミレーションの研究

・Mg屑リサイクル技術

・高強度Mg鋳造合金部材開発 高強度鋳造合金の塑性と組織が機械的特性に及ぼす影響把握

(2005)

出典:NEDO平成16年度報告書「金属系材料に係わる技術開発課題に関する調査」

38

①加工性の向上(圧延、押出、鍛造)・鋳塊を熱間、温間加工で塑性を加え、展伸材として特性向上・低面内異方性(集合組織制御)微細結晶粒Mg合金板材

→ (クロス圧延、異周速圧延、温間圧延)+熱処理技術など

②機能性向上のための合金技術・高耐熱合金の開発: Ca、REM添加など

・冷間成型用合金・結晶粒微細化(急冷凝固等)・高純度合金 耐食性改善:Ni、Fe、Cu、Coフリー

延性改善:Na、K、Baフリー

③表面腐食への対応・有機めっき技術・表面クラッド・表面処理 陽極酸化、化成処理、スパッタリング

④金属との接合性

・FSW技術(同種、異種金属)

マグネシウムの短所の克服技術例

出典:産総研資料、軽金属学会報告、Mg特許

39

⑤生産時の温暖化ガス排出の抑制

SF6代替カバーガス開発状況

Mg溶湯の酸化燃焼を防止するために、地球温暖化係数の高いSF6の

代替カバーガスとして、各種ガスが検討・開発されている。

>100,000

420

350,000

2,520

LC50*2(vol ppm)

1,00022,200SF6

1,0001,300HFC134a

1501エムジーシールド(ノベック612)

0.3

許容濃度*1(vol ppm)

-BF3

-SO2

地球温暖化係数

(GWP)

物質名

*1:毎週40時間、連日暴露しても健康上問題がないとされる濃度

*2:生物にあるガスを一定時間暴露した時、50%が死亡する濃度

出典:太陽日酸技報No23(2004)

40

Mg学会発表動向

Mgの講演件数・比率は増加中で、直近は20%以上を占め、

研究活動が盛んになってきていることを示す。

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21

件数

講演件数

Mg講演件数

1985 1990 1995 2000 2005

41

日本政府支援Mg関連プロジェクト-1

多くのMg関連プロジェクトが文科省、NEDO、METIから実施されている

2001/2002マグネシウム合金の固体リサイクルによるアップグレード化に

関する研究

1999マグネシウム合金半溶融射出成形技術の実用化におけ

る要素技術の研究開発

1999/2001自動車向け鋳鍛工部品用マグネシウム合金の開発及びその加工技術の研究開発

2002/2004マグネシウム構造材料の表面改質技術の開発文科省

2002/2003その場観察による接合現象解明と熱伝導解析シミュレーションに基づくマグネシウム合金/異種金属レーザ接合法の開発

1997/2000マグネシウム合金による超軽量新材料の開発

2004/2006SF6フリー高機能発現Mg合金組織制御技術開発プロジェクトNEDO

期間テーマ名

出典:NEDOホームページ等

42

日本政府支援Mg関連プロジェクト-2

2004/2005Mg合金製形態電子機器製造のための超精密複合鍛造技術の開発

2002/2004高機能性Mg合金製造プロセスの効率的技術移転に関する

実用化研究

METI

2002/2003マグネシウム材料を用いた超軽量フレームの開発研究

2003/2005高性能カーボンナノファイバー複合材料プロジェクト

2003次世代マグネシウム粉末合金部材の開発

2000インプロセス制御による高性能マグネシウム製品の開発に関する研究

NEDO

2002/2006溶湯直接圧延法によるMg板材の革新的製造技術開発

1998チクソキャストによるハイブリッド複合材料部材の開発

2003次世代マグネシウム鋳造合金部材の開発

期間テーマ名

出典:NEDOホームページ等

43

工業技術研究所関連のMgプロジェクト-1

・熊本及び各地域の工業技術センターが共同で行うMg実用化検討が活発。

・産総研中部センターとの共同検討が多い。

Mg薄板の塑性加工技術・筐体用プレス技術

岐阜県製品技術研究所高機能Mg合金の成形・利用技術に関す

る研究

鍛造プロセス(溶融・半溶融)により、Mg複合材を開発。砥石部品と自動車用部品。

広島県立西部工業技術センター、長野県工業試験場、兵庫県立工業技術センター、静岡県静岡工業技術センター、栃木県県南工業指導所

マグネシウム合金の高性能部材化技術の開発

Mg合金成形加工技術と用途開発(株)戸畑製作所,木本機器工業(株),(株)ケーエステクノ,(独)産業技術総

合研究所,

佐賀県工業技術センター,

大分県産業科学技術センター,

熊本県工業技術センター,

鹿児島県工業技術センタ

「地域新生コンソーシアム研究開発事業」

難燃性マグネシウム合金の高機能組織制御と鉄道車両用部材の開発

マグネシウム合金のリサイクル技術に関する研究

地域貢献特別支援事業

高性能Mg合金創成加工研究会マグネシウム合金とその産業拠点形成・熊本大学

・熊本県工業技術センター

マグネシウム合金半溶融射出成形における屑のリサイクル技術の実用化

熊本県工業技術センター

内容メンバーテーマ名

出典:WEB調査

44

工業技術研究所関連のMgプロジェクト-2

マグネシウム切削屑による火災発生防止技術

マグネシウム合金摩擦圧接継手の強度特性

地域新生コンソーシウム研究開発事業

インプロセス制御による高性能Mg製品の開

発に関する研究

Mg合金による新しい陽極酸化処理法の

開発

低コスト・ノンクロム耐食被膜「汎用型AIコーティング」 の開発

ダイキャストや鋳造のリサイクルのための安定化処理法の開発

・千葉県産業支援技術研究所

Mg合金の複雑形状品の鍛造技術確立と用途開発

・新潟県工業技術総合研究所

FSW、レーザ溶接による難燃性マグネシウム合金の高信頼性接合技術

・産総研

・兵庫県立工業技術センター

・さくらい工業株式会社

平成15年度地域中小企業支援型研究開発制度

難燃性マグネシウム合金による大型製品の製作

Mg合金の異種・同種材料FSW接合技術-・中部大・産総研・兵庫県工業技術センター

Mg合金圧延材の深絞り加工技術

(超塑性加工技術)

・産総研

・姫路工大

・(株)エージェーシー

Mg合金の耐食性改善・産総研

・愛中理化工業(株)

・伊藤忠ポリマー(株)

内容メンバーテーマ名

出典:WEB調査

45

欧米の政府支援産学Mg関連プロジェクト

・欧米では自動車関連に的を絞ったMg関連プロジェクトが多い。

・鋳造技術関連のプロジェクトが多い。

中国

米国

米国

ドイツ

ドイツ

ドイツ

ダイカスト、耐食性、加工技術、接合、鍛造マグネシウム製品R&D豪州

ダイカスト技術マグネシウム加工技術開発研究

鋳造技術PNGVプロジェクト

ダイカスト、機械加工、接合、チクソ技術MADICAプロジェクト

Mgシャーシー、レーザー溶接、押出し材、耐熱MgEUCARプロジェクト欧州

車体・軽量化部材FreedomCARプロジェクト

Mg総合技術SFB390プロジェクト

車体構造部品Mgによる軽量設計プロジェクト

内容テーマ名地域

出典:平成16年度自動車用Mgの実用化に関する

調査(日本マグネシウム協会)

46

(7)マグネシウムの自動車への適用

自動車適用の推進要因

国内排出ガス規制の導入スケジュール

08 09 10規 制 内 容 2001 02 03 04 05 06 07 11乗用車・軽量貨物車

軽貨物車

中量貨物車

軽貨物

乗用車・軽量貨物車

高度なOBD

JC08 Cold

1.H12年規制 (1).排出ガス規制強化・乗用はS53年規制68%低減・軽貨はH10年規制50%低減

 (2).耐久走行距離の延長・乗用車 :3万km→8万km・軽量貨物車:2万km→8万km・軽自動車 :2万km→6万km

(3)エバポ規制強化 ・ダイアーナル試験(1日)追加)

(4)OBD規制導入

2.H17年(新長期)規制  (1)排出ガス規制値強化  ・Cold&Hotの コンバイン化

3.H20年(強化)  (1)排出ガス測定モード変更  JC08(Cold)の採用

(2)高度なOBD規制

4.H23年(強化)(1)排出ガス測定モード変更

  JC08(Hot)の採用

12

?????

ガソリン車燃費基準達成年度

JC08 Hot

5.ポスト新長期?

10・15モード燃費

08 09 10規 制 内 容 2001 02 03 04 05 06 07 11乗用車・軽量貨物車

軽貨物車

中量貨物車

軽貨物

乗用車・軽量貨物車

高度なOBD

JC08 Cold

1.H12年規制 (1).排出ガス規制強化・乗用はS53年規制68%低減・軽貨はH10年規制50%低減

 (2).耐久走行距離の延長・乗用車 :3万km→8万km・軽量貨物車:2万km→8万km・軽自動車 :2万km→6万km

(3)エバポ規制強化 ・ダイアーナル試験(1日)追加)

(4)OBD規制導入

2.H17年(新長期)規制  (1)排出ガス規制値強化  ・Cold&Hotの コンバイン化

3.H20年(強化)  (1)排出ガス測定モード変更  JC08(Cold)の採用

(2)高度なOBD規制

4.H23年(強化)(1)排出ガス測定モード変更

  JC08(Hot)の採用

12

?????

ガソリン車燃費基準達成年度

JC08 Hot

5.ポスト新長期?

10・15モード燃費

47

燃費規制と、規制の重量増加による回避→ 原因: 現状の階段状燃費基準では、車両重量増での基準達成が可能

(規制の目的と逆行)→ 横軸を車両重量から総排気量(欧州方式)への変更(法規制見直し)

同時に税規制も

48

欧米のマグネシウム製自動車部品への適用

・欧米の自動車へのMg使用量が日本より多い(日本2kg、欧米6kg)。

・欧米では自動車部品へのMg適用がさらに多くなると予想。

7.7kgSLK RoadsterMercedes-Benz Chrysler

8.2~9.2kgGolf & PoloVW

8.7kgXJaguar

9.3kg156Alfa Romeo

9.5kgBuick Park AvenueGM

9.9kgBoxster RoadsterPorsche

11.5~12.5kgTTAudi

13.6~14.5kgPassat,A4&A6VW, Audi

14.9kgF-150トラックFord

>16.7kgミニバン:Safari&AstroGM

>20.3kgA6:2.8MaltitronicAudi

>26.3kgフルサイズバン:Savana

&ExpressGM

使用量車 種自動車メーカ

0

1

2

3

4

5

6

7

2000 2005 2008 2010

Mg使

用量

(kg

/台

北米

欧州

アジア

自動車1台当たりのMg使用量予測(2000)

出典:日本Mg協会資料(2005)

[Norsk Hydro社(2000)による]

49

日本のマグネシウム製自動車部品への適用

・日本でも自動車メーカー各社でMg部品が実用化。

・欧米並みにMgの自動車への適用が進むと推定。

部   品   名 使 用自 動 車 メーカー

ステアリングコラム・ロックハ ウジングトヨタ自 動 車 、日 産自 動 車 、本 田 技研 、マツダ

ステアリングコラム トヨタ、日 産 、三 菱 自 工、マツダ、スズキ、ダイハツ、ホンダ

シリンダーヘッド・カバ ー トヨタ、ダイハ ツ、ホンダ、スズキ

エンジン・カムカバ ー いすゞ自 動 車

ブレーキペダル ・サ ポート トヨタ自 動 車

ホイール レーシング車 両 、スポーツタイブ車 オプション

オイル パ ン 本 田 技 研

電子 制 御 部 品 ケース 本 田 技 研

シートフレーム、ベース トヨタ自 動 車 、日 産自 動 車 、ホンダ

トランスミッションケース 本 田 技 研

シフトレバー トヨタ自 動 車

インスツルメントパ ネル 日 産 自 動車

エアーバ ッグプレート トヨタ自 動 車

メーターパネル ハ ウ ジング トヨタ自 動 車

ドアとっ手 、フェンダーミラー、その 他 試 作

出典:平成16年度自動車用Mgの実用化に関する

調査(日本マグネシウム協会)

50

(8)リサイクルの動向

国内リサイクルの状況

・ダイカスト、Mg射出成型から発生するリターン材と使用済製品から回収されるものの2種類。

・工場リターン材が現状主流で、2001年のリサイクル量は1万トン超(マグネシウム協会推定)。

・PC筐体については、工場リターン材と回収くず(表面塗装あり)のリサイクル実施中(富士通)。

・高純度品については、日本が東洋の再生工場として、多くの国内再生工場が稼働中。

設備能力は2万トン以上。

日本のマグネシウム再生工場の能力(出典:工業レアメタ会社名 場所 能力(t) 会社名 場所 能力(t)

小野田商店 岩槻 4,000 中央工産 結城 6,000

君津 2,800 矢花商店 小山 500

二島 2,400 小野田森村 土岐 1,800

八幡 800 日本磁力選鉱 小山 500

北上 2,400

日本金属

(>2万トン)

出典:工業レアメタル

51

マグネシウムリサイクルの必要性と課題

①LCA原単位、②コストの観点から、Mgのリサイクル技術の確立

なしには、Mgの大幅な拡販は難しい。

Mgリサイクルの課題

・耐食性を阻害する不純物Ni、Cu、Fe、Siなどの除去技術。

・ダイカスト加工メーカーで発生するドロス/スラッジの

リサイクル技術。

・スクラップ市場からのMg合金の分離回収システム。

・Mg合金溶湯の炉前清浄度評価法の精度向上。

・リサイクル業者への安全教育。

Mgリサイクルの課題

・耐食性を阻害する不純物Ni、Cu、Fe、Siなどの除去技術。

・ダイカスト加工メーカーで発生するドロス/スラッジの

リサイクル技術。

・スクラップ市場からのMg合金の分離回収システム。

・Mg合金溶湯の炉前清浄度評価法の精度向上。

・リサイクル業者への安全教育。

52出典:日本マグネシウム協会

(9)マグネシウムのロードマップ

53出典:日本マグネシウム協会

54出典:日本マグネシウム協会

55出典:日本マグネシウム協会

56

まとめ

○Mgの長所(軽量性、比強度、電磁波シールド性等)を生かした用途

に適用拡大中。

○Mgの生産は中国に寡占化。米、ロシアは生産を縮小。

○中国の生産量が増大し、市況価格は大幅低下。他国は高い。

○需要はAl添加用、脱硫用が多いが、筐体・自動車部品用にも拡大。

○Mgの低加工性をクリアする温間加工、直接圧延が量産化の方向。

拡販のためには生産性向上による低コスト化が重要。

○Mgの短所(耐食性、延性、耐熱性等)を改善する研究開発が実施。

○公的資金を活用したMgの内外で研究開発が多数行われている。

○欧米で自動車へのMgの適用が進展。LCAの観点からリサイクル

技術の確立が必要。

○Mgの長所(軽量性、比強度、電磁波シールド性等)を生かした用途

に適用拡大中。

○Mgの生産は中国に寡占化。米、ロシアは生産を縮小。

○中国の生産量が増大し、市況価格は大幅低下。他国は高い。

○需要はAl添加用、脱硫用が多いが、筐体・自動車部品用にも拡大。

○Mgの低加工性をクリアする温間加工、直接圧延が量産化の方向。

拡販のためには生産性向上による低コスト化が重要。

○Mgの短所(耐食性、延性、耐熱性等)を改善する研究開発が実施。

○公的資金を活用したMgの内外で研究開発が多数行われている。

○欧米で自動車へのMgの適用が進展。LCAの観点からリサイクル

技術の確立が必要。